O Ensino de Óptica através da Construção de Telescópios

## O ENSINO DE ÓPTICA ATRAVÉS DA CONSTRUÇÃO DE TELESCÓPIOS

A.B. Neto (netobat@fc.unesp.br) a

A.A.C. Cristófalo (airton@fc.unesp.br) a

M.A. Pinheiro (mac@fc.unesp.br) a

T.O. Bernardes (linafis@fc.unesp.br) a

V.F. Penna (vitorpenna@yahoo.com.br) a

L.J.Andreatto (ljandreatto@ig.com.br)

R.M.F. Scalvi (rosama@fc.unesp.br) a

a Departamento de Física - Faculdade de Ciências - CP 473, CEP 17033-360, Unesp - Bauru- SP

## RESUMO

O objetivo principal deste trabalho é a aplicação de conceitos básicos de Física, relacionados à óptica, através da construção de cinco telescópios refletores pelos alunos de graduação de Licenciatura em Física, e sua posterior aplicação e utilização pelos alunos de Ensino Médio e Fundamental das escolas públicas do município de Bauru. Visamos estimular e preparar o aluno de graduação, a discutir questões fundamentais junto aos alunos do ensino médio e fundamental, despertando neles o interesse pelos fenômenos físicos. O trabalho de construção dos telescópios segue as seguintes etapas: i ) esmerilhamento dos blocos de vidros a fim de obter a curvatura necessária para obtenção dos espelhos, ii ) polimento dos blocos de vidros, correção e parabolização dos espelhos, iii ) deposição da camada refletora sobre o vidro, iv ) construção do tripé equatorial e corpo do telescópio, v ) confecção do espelho secundário e vi ) alinhamento da óptica do aparelho. Quatro telescópios são do tipo Newtoniano e possuem razões focais F/D = 5, F/D = 6, F/D = 6,5 e F/D = 8. Um único telescópio é do tipo Cassegrain, cuja construção é mais difícil em comparação ao Newtoniano. Com os aparelhos construídos será possível a abordagem da fotografia lunar e planetária de alta resolução. Também com o desenvolvimento deste trabalho foi criado um grupo de estudos em astronomia a fim de discutir assuntos relacionados ao tema e criar material de apoio didático, como vídeos, slides e cdroms , que serão utilizados pelos alunos do curso de Licenciatura em Física da Unesp, no atendimento aos alunos do Ensino Médio e Fundamental. Os temas abordados pelo grupo são: i) História e Ensino de astronomia no Brasil, ii) Astronomia de posição, iii) Instrumentos iv) Sistema Solar, v) Estrelas e galáxias e vi) Cosmologia.

## PALAVRAS CHAVES: ENSINO, ASTRONOMIA, TELESCÓPIOS

## INTRODUÇÃO

O estudo dos astros constitui, talvez, a mais antiga atividade científica do homem. Especificamente, no Brasil, a história da astronomia remonta a algum tempo antes da chegada dos colonizadores ao país [1,2]. Os índios que aqui habitavam já carregavam consigo uma ampla carga de conteúdos astronômicos que eram ensinados de geração em geração [3]. Além disso, pesquisas na área de arqueoastronomia brasileira estudam a viabilidade de que inscrições encontradas nas

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rochas em sítios arqueológicos tragam informações sobre o conhecimento astronômico das pessoas que viviam entre 7000 e 4000 anos atrás, na região Nordeste do Brasil [4].

O telescópio, embora existam controvérsias, tem pelo menos 400 anos de história, e nela muito colaborou para o desenvolvimento tecnológico da humanidade [5]. Os rádiostelescópios, instrumentos hoje largamente empregados para estudos e pesquisa sobre formação de estrelas e galáxias, e mais recentemente para a investigação sobre a origem do universo, embora apliquem princípios de radiofreqüência orientam-se no passado de seus predecessores, os telescópios ó pticos. É possível dizer que a astronomia talvez seja a única ciência em que amadores contribuem significativamente com dados e informações para a comunidade científica profissional. Muitos foram os campos das contribuições de astrônomos amadores, tais como descobertas de novos cometas, estrelas novas e supernovas, estudo e descoberta de asteróides, monitoramento de estrelas variáveis, registro de manchas solares, ou o estudo de atmosferas planetárias [4].

Dentro deste contexto, verifica-se que a astronomia é uma das áreas que mais atrai a atenção e desperta à curiosidade dos alunos, desde os primeiros anos escolares até sua formação nos cursos de graduação, abrangendo todas as áreas e, principalmente, do curso de Física. Dessa forma, o ensino de astronomia nas escolas de ensino fundamental e médio tem sido objeto de diversas pesquisas na área de educação em ciência [4]. As pesquisas mostram que no ensino dessa ciência encontram-se diversos problemas que necessitam ser estudados visando, principalmente, a melhoria da qualidade dos docentes que o ministram, nas escolas de ensino fundamental e médio.

Estudos mostram que as principais causas dos problemas causados no ensino de astronomia são [4]: (i) dificuldades cognitivas deste tema e de outros relacionados, tais como óptica, luz ou geometria; (ii) ausência de evidências claras e perceptíveis que provem o movimento terrestre; (iii) metodologia de ensino, geralmente caracterizada pelo excesso de leitura e interpretação de textos e, por falta de observações diretas do céu, nem sempre estimulados pelos livros didáticos ou pelos professores; (iv) deficiente formação dos docentes no campo da Astronomia, tanto do ponto de vista teórico como prático; (v) tipo de vida cada vez mais urbano, que não facilita as observações do céu noturno, devido à poluição luminosa, ou seja, a luz excessiva que ofusca o brilho dos corpos celestes.

Diante dessa realidade, este trabalho pretende proporcionar aos alunos do curso de Licenciatura em Física, conhecimento prático e teórico na área de observações astronômicas através da construção e instalação de cinco telescópios refletores, sendo quatro do tipo Newtoniano e um do tipo Cassegrain [6]. Além disso, temos por objetivo motivar os alunos de Licenciatura a refletir e discutir acerca dos fenômenos físicos relacionados principalmente a ótica, através do estudo de astronomia, colaborando assim no atendimento de estudos que retratam a deficiência no ensino nesta área, conforme mencionado acima.

## Descrição do trabalho desenvolvido

A primeira parte deste trabalho trata da construção dos aparelhos. De modo geral, o processo de construção dos telescópios pode ser descrito de acordo com as seguintes etapas: 1) corte de cinco conjuntos de vidros no formato circular, com diâmetro aproximado de 20 cm. Cinco vidros possuem espessura de 10 mm e outros cinco de espessura de 20 mm. Nesta fase foi utilizada uma máquina de corte projetada e construída a partir de sucatas, como correias, motor de geladeira,etc, cuja eficiência é comprovadamente assegurada, necessitando em torno de 30 minutos para o corte de cada um dos vidros; 2) esmerilhamento dos vidros mais espessos com carburundum de granas 60, 80, 180, 500, 1000 e 2000, respectivamente, iniciando com a mais grossa e finalizando com a mais fina. Este processo é realizado com movimentos adequados de vaivém, circulando em torno de um suporte para os vidros, com o vidro mais espesso sobre o vidro mais fino (10 mm), sendo que o vidro mais espesso dará origem ao espelho primário dos aparelhos construídos; 3) polimento dos vidros com óxido de ferro a fim de se obter a curvatura desejada dos espelhos concâvos; 4)

correção da parabolização dos vidros utilizando método de Focault [6]. Esta é a fase mais complexa do trabalho de construção e os alunos tem a oportunidade de compreender fenômenos ópticos, como refração e difração da luz de maneira prática e criativa, pois participam também da construção do dispositivo de Focault para desenvolver esta etapa; 5) deposição da camada refletora sobre os vidros, obtendo assim os espelhos primários dos aparelhos. Esta etapa é realizada por empresa especializada, uma vez que a evaporadora existente em n ossos laboratórios de pesquisa, não atendem material com diâmetro maior do que 4 cm; 6) montagem dos aparelhos, utilizando tubo pvc e 7) confecção dos tripés, seguindo modelo equatorial.

Cada um dos cinco alunos envolvidos dedica-se a confecção de espelhos com diferentes razões focais, sendo F/D = 5, F/D = 6, F/D = 6,5 e F/D = 8 para os telescópios Newtonianos e F/D = 12,5 para o telescópio Cassegrain. A fase 3 da etapa de construção pode ser observada na figura 1 e, na figura 2, é mostrado, parcialmente, o aparelho de Focault construído neste trabalho.

Figura 2 -Equipamento para correção da parabolização, utilizando método de Focault

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Figura 1 - Processo de polimento de um vidro (futuro espelho do telescópio refletor)

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A 2ª etapa do trabalho, envolve a formação de um Grupo de Estudos em Astronomia, formado por alunos de graduação de Licenciatura em Física, um mestre na área de Ensino de Física, um ex-aluno, graduado em Licenciatura em Física e um astrônomo amador do município de Bauru, Sr. L eonel José Andreatto, que possui vasta experiência na construção artesanal de telescópios e que é o responsável , voluntário, pelo aprendizado dos alunos de Licenciatura em Física no processo de construção. Os temas escolhidos para estudo no grupo são: i) História da Astronomia e seu Ensino no Brasil; ii) Astronomia de Posição; iii) Instrumentos; iv) Sistema Solar, v) Estrelas e Galáxias e vi) Cosmologia. Nesta etapa, quatro dos cinco alunos envolvidos no projeto de construção, além do astrônomo amador e da coordenadora do projeto, se responsabilizam pela apresentação de um dos temas acima, pesquisando material e preparando uma apresentação multimídia com duração aproximada de 30 minutos. Após a apresentação todo o grupo é convidado a discutir, questionar e colaborar com outras informações a respeito do tema, aprimorando o material apresentado na reunião. Dessa forma, estão sendo criados materiais que serão utilizados na 3ª etapa do trabalho, relacionada a utilização dos aparelhos construídos pelos alunos do Ensino Fundamental e Médio do município de Bauru e toda comunidade acadêmica do campus da Unesp-Bauru.

## Resultados Obtidos

Até o presente momento, as etapas 1 e 2, Construção dos Aparelhos e Reuniões do Grupo de Estudos, respectivamente, estão sendo executadas pelos alunos de graduação em Licenciatura em Física. Nas etapas iniciais do processo de construção, corte, esmerilhamento e polimento dos vidros, os alunos foram instigados a compreender o sistema óptico de um telescópio refletor [7,8], estudando fenômenos explicados

na óptica geométrica, como formação de imagens, usando lentes e espelhos, que são abordados apenas teoricamente na disciplina Física V no curso de Licenciatura em Física. Atualmente, a construção dos aparelhos está na fase de correção na parabolização dos vidros que darão origem aos futuros espelhos primários dos telescópios. Nesta fase, os alunos estão tendo oportunidade de estudar e entender os cálculos apresentados em apostilas e manuais de construção, que tratam de forma geral a fabricação dos espelhos, mas, na prática a aplicação não é direta, pois cada um dos vidros trabalhados, que darão origem aos espelhos dos telescópios, tem suas próprias características. Dessa maneira, estão sendo realizados os cálculos de curvatura dos espel hos observando na prática a sensível influência da temperatura do ambiente nesses cálculos, comparando-as com as referências da literatura [6]. Em relação ao Grupo de Estudos, as reuniões têm ocorrido semanalmente e até o momento as discussões foram sobre os temas História e Ensino de Astronomia e Astronomia de Posição. O material gerado nas reuniões será, num futuro próximo, disponibilizado em um site que está sendo construído sobre o Grupo de Astronomia do Curso de Física. Além da etapa de construção dos aparelhos e criação do grupo de estudos, estão sendo iniciadas as primeiras observações do céu, a olho nu, com a utilização de cartas celestes.

## Conclusões

A execução deste trabalho é voltada inteiramente para um esforço crescente efetuado em favor do ensino da Astronomia, desde as séries iniciais do Ensino Fundamental até os anos finais de curso de graduação de formação de professores, principalmente de Física, contemplando não só a fundamentação teórica para isso, mas também a prática observacional, utilizando instrumentos ópticos, como os telescópios construídos e binóculos e também observações a olho nu, adquirindo, por exemplo, noções de localização no espaço, constelações da época, etc. Além disso, está sendo gerado material de apoio ao professor de ensino médio e fundamental preparado pelos próprios alunos de Licenciatura, futuros professores de Física. Com isto, acreditamos que este trabalho irá colaborar significativamente com a inserção da astronomia na formação de docentes que, de acordo com a literatura, apresenta falhas que podem ser superadas com esforço conjunto dos cursos de formação de professores, não só de Física, mas também de Biologia, Pedagogia e Matemática, oferecidos pela Faculdade de Ciências de Bauru.

## Referências

- 1) Reichen, C.A. -História da Astronomia. Editions Rencontre and Erik Nitsche International, 1966.
- 2) Alarsa, F.; Faria, R.P.; Pimenta, A.P.; Marino, L.A.A., Oliveira, R.S.; Cardoso, W.T. - Fundamentos de Astronomia, Papirus Livraria e Editora, 1966.
- 3) Neves, M.C.D.; Arguello, C.A. - A Astronomia de régua e compasso: de Kepler a Ptolomeu, Papirus Livraria e Editora, 1986.
- 4) Laghi, R. - Dissertação de Mestrado: Um estudo exploratório para a inserção da astronomia na formação de professores dos anos iniciais do ensino fundamental, Unesp, FC, 2004
- 5) Mourão, R.R.F. - Manual do Astrônomo, 5 ed., Rio de Janeiro, Jorge Zahar Editor, 2001.
- 6) Scherman, J. e Viola, H.A. -Construccion de Telescópios -Manual para el Aficionado, Associacion Argentina Amigos de La Astronomia, Buenos Aires, 1960.
- 7) Young, H.D., Freedman, R.A. -Física IV: Ótica e Física Moderna - Pearson Education do Brasil, São Paulo, 2004.
- 8) Halliday, D., Resnick, R., Walker, J. - Fundamentos de Física 4: Ótica e Física Moderna - Livros Técnicos e Editora Ltda, Rio de Janeiro, 1995.

Apoio: FUNDUNESP-PROEX